一种基于多旋翼飞行平台的系留系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种无人飞行器领域的系统，具体讲涉及一种基于多旋翼飞行平台的系留系统。
【背景技术】
[0002]系留系统主要是通过缆线将搭载有专用通讯设备和光电设备的飞行平台栓系在地面锚点上，实现长时间的通讯网组建和对既定目标的监控。气球、飞艇和涵道式飞行器等无人飞行器具有垂直起降和稳定悬停的特点，在侦查、通信及航拍等领域作为系留平台被广泛应用。
[0003]系留气球或系留飞艇虽然可以在空中长时间滞留，但其体积很大，不便于机动，抗风能力差，且所充氦气价格昂贵，维护成本高。而涵道飞行器必须使用多条系缆，成本高、架设开通复杂，且需要较大的架设场地；多条系缆系留飞行时，机身水平朝向是固定的，无法根据任务的实际需求灵活旋转水平朝向，除非将飞行器降下后，将各个方向的系缆同时移动到另一水平角度后重新升起，操作十分麻烦；并且必须考虑整个飞行器的平衡配重，否则会影响飞行器的稳定性，对系统的实际应用提出了许多限制；由于涵道飞行器的自稳定能力有限，因此对伺服系统的自动控制能力要求很高。
[0004]现有技术中有共轴双旋翼与四旋翼相结合的办法研发出具有一定载荷能力的系留平台。目前公开研究成果的只有以色列的Sapience公司出品的HoverMast-1OO系留平台，该平台仍处于实验室阶段，其主要性能指标为:悬停高度:50m、有效载荷:6kg、抗风性能..< 12m/s、升空回收时间:10?15s、航时:由地面站动力源确定。
[0005]该平台旋转部件(仅指旋翼系统)有六个，其中，中心共轴双旋翼为升力提供部件，周边四旋翼系统为姿态控制部件，若该中心多旋翼系统出现问题，不但会导致升力不足，还会引起中心力矩的不平衡；若四旋翼中的某个旋翼出现故障，系统会进入不可控制状态。每个旋转部件出现故障对系统本身都是致命的，系统可靠性较低。
[0006]而，将中心共轴双旋翼与多旋翼系统相结合后，控制系统需同时考虑中心共轴双旋翼的控制和多旋翼的控制，考虑的控制变量较多，控制逻辑比较复杂，太复杂的系统控制同样也将降低系统的可靠性。
[0007]另外，该系统的载荷能力为6kg，对于系留平台希望搭载的专用监测和通讯设备而言载荷能力较不足，属于小型系留平台。
[0008]为解决上述现有技术的问题，本发明提供一种基于多旋翼飞行平台的系留系统。
【发明内容】
[0009]为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于多旋翼飞行平台的系留系统。
[0010]实现上述目的所采用的解决方案为:
[0011]—种基于多旋翼飞行平台的系留系统，其改进之处在于:所述系留系统包括:地面设备、系留线缆、多旋翼飞行器和任务设备；
[0012]所述任务设备安装于所述多旋翼飞行器的设备安装架上，所述系留线缆两端分别连接所述设备安装架和所述地面设备；
[0013]所述多旋翼飞行器的旋翼圆周均布在所述多旋翼飞行器的机体周边。
[0014]优选地，所述地面设备包括:地面供电设备、地面回收设备、减震支撑设备和地面定位与通讯设备；
[0015]所述地面回收设备位于最底层，上层放有所述减震支撑设备，所述减震支撑设备为凹字形设备，其下凹部位贯通，使所述系留线缆连接所述地面回收设备；
[0016]所述地面供电设备上方设有所述地面定位与通信设备，两者的整体放置于所述减震支撑设备和地面回收设备的一侧，所述地面供电设备为地面回收设备和地面定位与通讯设备供电；
[0017]所述减震支撑设备为发泡材料组成的型腔，在运输的过程中，所述发泡材料减小运输震动，在飞行器回收的过程中，所述减震支撑设备能吸收掉飞行器下降时的冲击力，保护飞行器结构及其内部电子设备。
[0018]优选地，所述地面供电设备输入380V、50Hz交流电，经输入滤波器滤波后，由主动功率因数校正整流后与备用电池并接进行boost升压，升至800?2400V高压直流后，经输出滤波器滤波后输出到所述系留缆绳的供电线路。
[0019]优选地，所述地面回收设备，包括:绞线盘、压力传感器、转速控制器和系留线缆；
[0020]所述压力传感器采集所述绞线盘基座上的压力，根据拉力大小、通过所述转速控制器控制所述绞线盘的电机转向和转速，控制所述系留线缆的拉力，保持所述系留线缆的拉力在其所能承受的安全范围内。
[0021]优选地，所述地面定位与通讯设备，包括差分GPS定位器和光通讯设备；
[0022]所述光通讯设备中光电转换装置采用以太网光纤收发器，传输速率为OMbps到1000Mbps，用于传输飞控信息、任务载荷产生的图像、音频信息。
[0023]优选地，所述系留线缆包括:
[0024]位于中心位置的FRP中心加强件、所述FRP中心加强件外层的两条输电导线、两条光纤和两条填充绳，及位于外侧的芳纶加强层和PE外护套；
[0025]所述系留线缆长期抗拉强度为llOON/lOOmm，重量为0.060kg/m?0.180kg/m。
[0026]优选地，所述任务设备采用可见光和红外综合光学电子吊舱或专业小型雷达设备，用于对预先设定的目标进行识别和跟踪。
[0027]优选地，所述多旋翼飞行器，包括:飞行器结构本体、任务安装架、机载电源设备、动力设备、飞行控制器和机载通讯设备；
[0028]所述飞行控制器位于所述飞行器结构本体中，所述动力设备和所述机载通讯设备分别安装于所述飞行器结构本体的机翼上；所述飞行器结构本体下方装有所述机载电源设备，所述机载电源设备连接所述任务安装架，所述任务安装架上安装任务设备；
[0029]所述飞行器结构本体，采用高效的高压大功率无刷外转子电机和螺旋桨，可提升10-20kg的任务载荷；
[0030]所述多旋翼飞行器接收地面电源后，将其电压稳到较低电压后，驱动多个高压大功率无刷外转子电机和旋翼系统，为任务分系统提供电力支持。
[0031]优选地，所述机载电源设备接收经供电线路输送的高压电，经电源变换模块降压输出，再经滤波后分为两路与备用电池并接输出300V?600V的电流提供给动力系统，以驱动多个高压大功率无刷外转子电机和旋翼系统，及输出12V?36V的电流提供给机载电子设备和机载任务设备使用；
[0032]系留缆线中的通讯线路和供电线路通过所述任务安装架接入所述机载电源设备。
[0033]优选地，所述动力设备为高压大功率无刷外转子电机和旋翼系统，单台电机的工作电压为300V?600V，最大输出功率为2.5kw?5kw，多台电机组合后能有效提升1kg?20kg的任务载荷；
[0034]飞行控制器板载GPS/BD接收机和惯性导航组件，采集惯性导航组件的姿态信息和加速度信息及GPS/BD的经玮度、高度信息，与地面传送来的差分GPS经玮度、高度信息和航向航速信息比较，获得准确的相对地面锚点的高度、相对地面锚点的平面坐标位置和地面锚点的航向航速，经PID控制算法得到各旋翼的转速，产生控制飞行姿态的力矩，控制飞行姿态、飞行高度和飞行方向。
[0035]所述机载通讯设备米用以太网光纤收发器，传输速率为1Mbps到1000Mbps，传输飞控信息、任务载荷产生的图像和音频信息。
[0036]与最接近的现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
[0037]1、本发明提供的多旋翼飞行器与共轴双旋翼和多旋翼相结合的飞行器相比，多旋翼的旋翼系统既是升力系统也是姿态控制系统，并且可相互备份，在单个旋翼失效的情况下，系统的升力不会发生陡然变化，控制也可以切换到低阶旋翼模式；而共轴双旋翼与多旋翼相结合的飞行器升力主要由共轴双旋翼提供，控制力和力矩主要由多旋翼提供，如果共轴双旋翼系统一组旋翼发生故障，故障的旋翼一方面会威胁到另外一组旋翼，还会使升力和反扭力陡然变化。采用多旋翼系统作为系留平台可有效提高系统可靠性。
[0038]2、本发明提供的多旋翼飞行器的控制简单，而共轴双旋翼与多旋翼相结合的飞行器要考虑共轴双旋翼的控制模式，也要考虑多旋翼控制模式，控制相对复杂，简单的控制方式可提高系统的可靠性。
[0039]3、相对非系留的多旋翼系统，系留平台不但要承载任务设备，还要承载系留线缆的重量，地面采用高效升压电路提供直流高压，可有效降系留缆绳中低输电电缆的电流，减少线缆重量。
[0040]4、由于采